WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Qcr = jR1r. (17) Рассмотрим теперь случай, когда утечка в обоих 4. Результаты численного эмиттерных переходах отсутствует ( jR1 = 0 и jR2 = 0), моделирования коэффициент инжекции эмиттера составного транзистора с широкой базой равен 1 (2 = 1), но коэффициент Для подтверждения результатов аналитического расинжекции эмиттера транзистора с узкой базой меньше смотрения был проведен численный эксперимент с понастолько, что для включения тиристора необходим мощью программы „Исследование“. Ранее эта програмпереход к среднему уровню инжекции в широкой базе ма с успехом использовалась для анализа статических и ( jRk = 0 и jR = 0). Величина критического заряда в динамических характеристик как кремниевых [11,16–19], этом случае практически совпадает с результатом, потак и карбид-кремниевых [7,8,10–13,15,20] многослойлученным в работе [8]:

ных структур.

При численном исследовании задачи основное внимаQcr = r [1 jRk + jR ]. (18) ние было уделено анализу особенностей новой модели Отличие соотношения (18) от аналогичной формулы критического заряда включения тиристоров, предскаиз работы [8] обусловлено учетом изменения времени занных аналитически. Поскольку применимость новой жизни носителей заряда в широкой базе при переходе к модели к тиристорам на основе SiC уже была продемонсреднему уровню инжекции. стрирована в работе [8], обратимся теперь к кремниевоИз соотношения (16) следует, что эффективность фак- му n+–p–n0–p+-тиристору, в котором сумма коэффициторов, определяющих величину критического заряда, ентов переноса через базовые слои не превышает 1. Мы сильно зависит от того, в какой из базовых областей специально выбрали тиристорную структуру с таким проявляется их действие. Например, факторы, обуслов- сочетанием коэффициентов переноса, поскольку исслеленные утечкой в эмиттере транзистора с широкой дование особенностей его включения позволит продебазой и изменением в ней времени жизни носителей с монстрировать эффективность нового механизма формиростом уровня инжекции, оказываются в раз менее рования критического заряда. В самом деле, согласно эффективными, чем факторы, связанные с утечкой в работе [1], в которой T 1 и T 2 считаются константаэмиттере транзистора с узкой базой и с током jRk. ми, такой тиристор не должен включаться, поскольку Зависимость Qcr от 1 и 2, описываемая соотноше- даже в случае 1 = 1 и 2 = 1 сумма коэффициентов нием (16), на первый взгляд кажется парадоксальной. передачи оказывается меньше 1, т. е. 1T 1 + 2T 2 < Дело в том, что простые качественные соображения и не выполняется условие включения (2). Напротив, показывают, что с ростом 1 и 2 величина Qcr долж- согласно данной работе, новый механизм формирования на уменьшаться, однако из формулы (16) формально критического заряда способен обеспечить выполнение следует, что Qcr растет с ростом 1 и 2. На самом условия (2), в результате чего тиристор включится.

деле никакого противоречия в соотношении (16) не Отметим, что необходимое для этого увеличение T Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 376 Т.Т. Мнацаканов, С.Н. Юрков, А.Г. Тандоев оказывается обусловленным изменением уровня инжекции носителей заряда в широкой n0-базе от низкого к высокому, что может быть легко выявлено при численном исследовании процесса включения структуры.

Схематически структура тиристора изображена на рис. 1. На этом же рисунке приведены основные параметры слоев структуры. Характеристики глубокого уровня, регулирующего время жизни носителей в n0-базе, были выбраны равными p0 = 0.1мкс, n0 = 4.9мкс, n1 = p1 = ni.

Расчет с учетом указанных выше эффектов свидетельствует, что при низком уровне инжекции носителей заряда в обоих базовых слоях структуры сумма коэффициентов переноса носителей заряда через слои T 1 + T 2 = 0.95 < 1. Как уже было отмечено выше, такой тиристор не может быть включен в рамках предРис. 2. Зависимость плотности критического заряда включеставлений, развитых в работе [1]. Результаты численного ния тиристора от величины эффективной шунтировки n+-pрасчета показывают тем не менее, что рассматриваемая эмиттерного перехода.

тиристорная структура может быть включена, однако этап экспоненциального роста тока начинается лишь тогда, когда в широком базовом слое структуры проису p+-n-эмиттерного перехода шунтировка отсутствует).

ходит переход от низкого уровня инжекции носителей Приведенная на рисунке зависимость насыщается с заряда к среднему. Это с очевидностью подтверждают ростом Ref f на уровне 1.7 · 10-8 Кл/см2, что находится распределения электронов (точечные линии) и дырок в полном согласии с соотношением (16). Отметим, что (пунктирные линии), представленные на том же рис. 1.

для уваровского механизма формирования критического Рассчитанные распределения носителей заряда полнозаряда [1] предельное, насыщенное значение критичестью соответствуют выводам аналитической модели, ского заряда, обусловленное рекомбинацией в области описанной в предыдущем разделе.

пространственного заряда эмиттерного перехода, оказыТаким образом, численный эксперимент подтверждает вается более чем на 2 порядка меньшим по величине и существование нового механизма формирования крине превышает 10-10 Кл/см2.

тического заряда, обусловленного зависимостью T 2( j) при изменении уровня инжекции носителей заряда в 5. Заключение широком, слабо легированном базовом слое структуры.

На рис. 2 представлена рассчитанная зависимость В результате проведенного исследования продемонплотности критического заряда включения тиристора стрировано существование нового механизма формиот эффективного сопротивления шунтировки n+-pрования критического заряда включения тиристорных эмиттерного перехода (при расчете принималось, что структур, обусловленного переходом от низкого уровня инжекции носителей заряда в слабо легированной базе тиристора к высокому. Предложенный механизм дополняет известный ранее механизм формирования критического заряда, связанный с утечкой носителей заряда в эмиттерном переходе тиристора [1]. Фактически объединение этих двух механизмов формирования Qcr позволяет распространить концепцию критического заряда на область больших плотностей тока включения тиристора и тем самым способствует общности такой концепции, которая оказывается чрезвычайно полезной для описания динамических процессов как в карбидкремниевых, так и в кремниевых тиристорах.

Получены соотношения, позволяющие определить величину критического заряда в современных тиристорных структурах с учетом всех известных факторов, оказывающих влияние на формирование Qcr. СправедлиРис. 1. Распределение носителей заряда на этапе экспоненцивость аналитической модели подтверждена с помощью ального роста тока через тиристорную структуру. Пунктирные численного эксперимента.

линии соответствуют распределению электронов, а точки — распределению дырок. Сплошные линии описывают распреде- Авторы благодарны М.Е. Левинштейну за обсуждение ление легирующих примесей в исследуемой структуре. работы и сделанные полезные замечания.

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. Новый физический механизм формирования критического заряда включения тиристорных структур Работа выполнена при поддержке Российского A new physical mechanism фонда фундаментальных исследований (проект for the thyristor critical charge formation № 02-02-16496).

T.T. Mnatsakanov, S.N. Yurkov, A.G. Tandoev All–Russian Electrotechnical Institute, Список литературы 111250 Moscow, Russia [1] А.И. Уваров. В сб.: Физика электронно-дырочных пере

Abstract

Existence of a new mechanism of the critical ходов и полупроводниковых приборов (Л., Наука, 1969) charge Qcr formation in thyristor structures has been demonс. 151.

strated. A new analytical model valid for description of modern [2] А.И. Уваров. В сб.: Физика электронно-дырочных переthyristor structures based on both Si and SiC has been developed.

ходов и полупроводниковых приборов (Л., Наука, 1969) The validity of the analytical model has been confirmed by the с. 194.

computer simulation.

[3] Р.Э. Аязян, А.В. Горбатюк, А.И. Паламарчук. РЭ, 23, (1978).

[4] А.В. Горбатюк. ФТП, 14, 1464 (1980).

[5] В.А. Кузьмин, В.Я. Павлик, С.Ф. Пашуканис, А.Г. Тандоев.

Электротехника, 11, 47 (1984).

[6] M.E. Levinshtein, J.W. Palmour, S.L. Rumyantsev, R. Singh.

IEEE Trans. Electron. Dev., 45, 307 (1998).

[7] M.E. Levinshtein, P.A. Ivanov, T.T. Mnatsakanov, S.N. Yurkov, A.K. Agarwal, J.W. Palmour. Sol. St. Electron., 47, 699 (2003).

[8] T.T. Mnatsakanov, S.N. Yurkov, M.E. Levinshtein, A.G. Tandoev, A.K. Agarwal, J.W. Palmour. Sol. St. Electron., 47, (2003).

[9] А. Блихер. Физика тиристоров (Л. Энергоиздат, 1981).

[Пер. с англ.: A. Blicher.Thyristor Physics (N. Y.–Heidelberg– Berlin, Springer Verlag, 1976)].

[10] T.T. Mnatsakanov, M.E. Levinshtein, S.N. Yurkov, P.A. Ivanov, A.G. Tandoev, J.W. Palmour, A.K. Agarwal. Sol. St. Electron., 46, 525 (2002).

[11] T.T. Mnatsakanov, I.L. Rostovtsev, N.I. Philatov. Sol. St.

Electron., 30, 579 (1987).

[12] R.L. Davies, J. Petruzella. Proc. IEEE, 55, 1318 (1967).

[13] В. Герлах. Тиристоры (М., Энергоатомиздат, 1985). [Пер.

с нем.: W. Gerlach. Thyristoren (Heidelberg, Springer Verlag, 1981)].

[14] Э. Камке. Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям (М., Наука, 1976). [Пер. с нем.:

E. Kamke. Differential Gleichungen(Leipzig, 1959)].

[15] M.E. Levinshtein, T.T. Mnatsakanov, P.A. Ivanov, A.K. Agarwal, J.W. Palmour, S.L. Rumyantsev, A.G. Tandoev, S.N. Yurkov. Sol. St. Electron., 45, 453 (2001).

[16] M.E. Levinshtein, T.T. Mnatsakanov, S.N. Yurkov, P.A. Ivanov, A.G. Tandoev, A.K. Agarwal, J.W. Palmour. Sol. St. Electron., 46, 1953 (2002).

[17] Т.Т. Мнацаканов, И.Л. Ростовцев, Н.И. Филатов. РЭ, 37, 296 (1992).

[18] T.T. Mnatsakanov, D. Schrder, A. Schlogl. Sol. St. Electron., 42, 153 (1998).

[19] A. Schlogl, T.T. Mnatsakanov, H. Kuhn, D. Schrder. IEEE Trans. Power Electron., 15, 1267 (2000).

[20] T.T. Mnatsakanov, M.E. Levinshtein, P.A. Ivanov, J.W. Palmour, A.G. Tandoev, S.N. Yurkov. J. Appl. Phys., 93, (2003).

Редактор Л.В. Беляков Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып.

Pages:     | 1 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.